圖解：處女座天文臺研究人員正在壓縮光
圖源：H. Lück/B. Knispel/馬克思·普朗克引力物理研究所
物理學家們正在匯報壹項測試的結果，該測試旨在壓縮宇宙內的真空，以便更好地檢測碰撞黑洞產生的
。
像兩個黑洞或者兩個超新星相互碰撞這樣極端地外事件，可能會在太空中產生稱為引力波的漣漪。在地球上，壹個天文臺試圖使用激光來探測這些漣漪，但由於波的影響是如此微妙，即使是內置在真空中的隨機性也會影響實驗的靈敏度。但是通過幾十年研究出的這種新方法已經使研究人員能夠降低這種幹擾並擴大引力波探測的範圍。
這項研究的人員之壹，工作在LIGO的麻省理工學院卡弗裏天體物理與空間研究所首席研究員、科學家麗薩·巴索蒂（Lisa Barsotti）表示：“該方法能使我們擴大探測引力波的範圍。”
圖解：引力波模型
圖源：T. Pyle/加州理工/麻省理工學院/激光幹涉引力波天文臺（LIGO）實驗室
激光幹涉儀引力波天文臺（LIGO）和處女座引力波天文臺依靠的是重疊激光束產生而幹涉圖樣的原理。激光束進入光學元件，而後被分成兩束，每束光分別沿著兩條兩公裏長的管道到達鏡面，然後被鏡子反射並與光學元件重新結合。光（甚至是激光）會以波的形式傳播，因此，當光束重新匯聚在壹起時，它們會形成壹個新的波。引力波通過時會稍微改變其中壹個激光束的傳播距離，當激光束彼此同相和異相傳播時，激光束的簽名會留在相應的最終波上。
但是，在重新組合激光之後，它必須穿過機器真空內的量子漲落。量子力學的壹個結論，即控制亞原子粒子如何相互作用的理論，它提出：在最小尺度上，能量存在大小浮動。這些波動為光粒子到達檢測器的時間帶來了壹定程度的不確定性，這限制了檢測器的靈敏度，因為很難看到引力波呈現的光相位的變化。現在，物理學家已經找到了壹種在實驗的最後壹步引入“壓縮真空態”的方法來抑制那些量子波動。
量子力學的核心原理之壹是海森堡不確定性原理，它提出：某些特定的屬性對，例如粒子的位置、動量或能量、到達時間，無法同時被精確地測量。增加其中壹個值的精度會降低另壹個值的精度，反之亦然。壓縮是壹種提高物理學家更感興趣的值的精度（並降低噪聲）的方法，而這卻以犧牲其他值的精度為代價。
圖解：黑線顯示給定頻率下的噪聲量，沒有壓縮；綠色顯示了壓縮的效果——噪音更少
圖源：LIGO
噪聲抑制機制的主力軍是壹種具有可調光學特性的特殊晶體。晶體將穿過它的激光束與真空的能量波動聯系起來，從而使研究人員可以建立壹個新的領域，在該領域中，他們已經將他們更感興趣的特性（相位）的噪聲轉移到了他們不那麽感興趣的特性（幅度）上。他們將這些光傳回幹涉儀的輸出端，在那裏用新的壓縮場代替了嘈雜的真空，這樣最終激光輸出時相位的噪音更小，而幅度的噪音較大。為了減少晶體本身帶有的雜散光產生的噪聲，擠壓器的核心組件位於LIGO真空裝置內。研究人員在《物理評論快報》上發表的論文中報道了這種方法成功應用在今天的LIGO和處女座引力波天文臺的探測器中的消息。
這太重要了。澳大利亞國立大學物理學教授平高林（Ping Koy Lam）並未參與這項研究，但他致力於引力波探測器壓縮時空的實驗，他在電子郵件中告訴天文在線：“這項成果很好地證明了量子技術如何增強精密儀器並突破科學的界限。”
天下沒有免費的午餐——振幅噪聲出現在其他地方，從而導致低頻引力波的不確定性略有增加。麻省理工學院天體物理學教授納爾吉斯·馬瓦瓦拉（Nergis Mavalvala）告訴天文在線，未來，物理學家希望減小低頻引力波的振幅，增大高頻引力波的相位。
LIGO和處女座引力波天文臺現在通過這種壓縮的方法來提高靈敏度，繼續從碰撞的黑洞中尋找引力波。但是對於論文的主要作者，研究生瑪格謝（Maggie Tse）來說，最令人興奮的事情之壹是看到原本難以理解、難以測量的量子物理學世界經常出現在現實生活中。她告訴天文在線：“將令人捉摸不透的量子態轉變為有形的東西，這太神奇了。”
作者: Ryan F. Mandelbaum
FY: 舞馬
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